Контрольная работа: Характеристика сталей
– кремния – 0,15–0,35;
– марганца – 0,6–1,55;
– серы – 0,08–0,30;
– фосфора – 0,05–0,16.
Повышенное содержание серы приводит к образованию включений (сульфида марганца и др.), расположенных вдоль волокон, что облегчает резание и способствует дроблению и лёгкому отделению стружки. Для этих же целей автоматная сталь иногда легирует свинцом и теллуром. Механические свойства вдоль волокон (в зависимости от марки стали и диаметра прутка) характеризуется следующими показателями: горячекатаные прутки – предел прочности sв = 420–750 Мн/м2 (42–75 кгс/мм2), относительное удлинение d = 14–22%, для холоднотянутых нагартованных прутков sв = 520–840 Мн/м2 (52–84 кгс/мм2), d = 6–17%. Механические свойства в поперечном волокну направлении существенно понижены. Пластичность и вязкость автоматной стали, благодаря присутствию серы и фосфора, ниже, чем у обычных углеродистых сталей. Свариваемость плохая. Детали из неё обычно применяются без термической обработки или только с отпуском для снятия напряжения. Используются главным образом для изготовления болтов, гаек, некоторых деталей автомобилей, приборов и пр.
Эти стали маркируют буквой А (автоматная) и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Если автоматная сталь легирована свинцом, то обозначение марки начинается с сочетании букв «АС». Чтобы не проявлялась красноломкость, в сталях увеличено количество марганца. Добавление в автоматные стали свинца, селена и теллура позволяет в 2–3 раза сократить расход режущего инструмента.
Улучшение обрабатываемости достигается модифицированием кальцием (вводится в жидкую сталь в виде силикокальция), который глобулизирует сульфидные включения, что положительно влияет на обрабатываемость, но не так активно, как сера и фосфор.
Сера образует большое количество сульфидов марганца, вытянутых в направлении прокатки. Сульфиды оказывают смазывающее действие, нарушая при этом сплошность металла. Фосфор повышает хрупкость феррита, облегчая отделение стружки металла во время процесса резания. Оба эти элемента способствуют уменьшению налипания на режущий инструмент и получению гладкой блестящей обрабатываемой поверхности.
Однако, необходимо помнить, что повышение содержания серы и фосфора снижает качество стали. Стали, содержащую серу, имеют ярко выраженную анизотропию механических свойств и пониженную коррозийную стойкость.
Стали А11, А12, А20 используют для крепежных деталей и изделий сложной формы, не испытывающих больших нагрузок, но к ним предъявляются высокие требования по точности размеров и чистоты поверхности.
Стали А30 и А40Г предназначены для деталей, испытывающих более высокие напряжения.
Свинец содержащие стали широко применяют для изготовления деталей двигателя.
В автоматных селено содержащих сталях повышается обрабатываемость за счет образования селенидов, сульфоселенидов, которые обволакивают твердые оксидные включения и тем самым устраняют их истирающее действие. Кроме того, селениды сохраняют глобулярную форму после обработки давлением, поэтому практически не вызывают анизотропии свойств и не ухудшают коррозионную стойкость стали, как сера. Применение этих сталей снижает расход инструмента в два раза и до 30% повышает производительность.
4. Хромоникелевые стали
Состав и свойства хромоникелевой стали.
Сталь AISI 304. Базовая аустенитная нержавеющая сталь (аналог 08Х18Н9). Превосходные показатели по свариваемости. При длительном использовании при температуре от 450–850°С в стали может развиваться процесс МКК. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности.
Сталь AISI 304L. Полный аналог стали AISI 304, но содержание углерода менее 0,03%, что гарантирует минимальную склонность к МКК даже при температуре 450–850°С. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности.
Сталь AISI 321. Аналог стали 08Х18Н10Т. При достаточно высоком содержании углерода для защиты от МКК применяется легирование титаном. Возможно длительное использование при температуре 700–800°С. Данная сталь активно применяется в машиностроении и нефтехимии.
Сталь AISI 316. Данная сталь содержит 2–3% молибдена, что обеспечивает прекрасную устойчивость против коррозии в агрессивных средах. При критических температурах (порядка 800°С) возникает опасность МКК. Данная сталь является основной сталью для пищевой промышленности.
Сталь AISI 316L. Аналог стали AISI 316, но с добавлением титана, что обеспечивает защиту от МКК даже в диапазоне критических температур 800–850°С. Данная сталь активно применяется в машиностроении и нефтехимии.
Сталь хромоникелевая и хромоникелевая с бором.
Совместное присутствие в стали хрома и никеля придает её наилучший комплекс механических и технологических свойств, в первую очередь высокую прочность, вязкость, прокаливаемость. Однако, из-за дифицитности никеля производство данной стали уменьшается.
Хромоникелевая сталь (марки 12ХН2, 12ХНЗА, 12Х2Н4А, 20ХНЗА, 20Х2Н4А, 20ХН) и хромоникелевая сталь с бором (марка 20ХНР) применяются после цементации, закалки и низкого отпуска для изготовления крупных деталей особо ответственного назначения, испытывающих в процессе эксплуатации значительные ударные нагрузки.
Одновременное легирование хромом и никелем повышает прочность, пластичность и вязкость цементированного слоя и сердцевины.
Высокая прокаливаемость и закаливаемость хромоникелевых сталей позволяет закаливать крупные детали с охлаждением в масле, что снижает вероятность возникновения коробления и закалочных трещин. Бор увеличивает прокаливаемость стали марки 20ХНР.
Хромоникелевая сталь малочувствительная к перегреву при длительной цементации. С целью экономии никеля при изготовлении ответственных деталей небольших размеров производят замену сталей, содержащих 2,75–3,65% никеля (марки 12ХНЗА, 20ХНЗА и др.), более дешевыми сталями марок 20ХН и 20ХНР. Сталь данной группы склонна к отпускной хрупкости, имеет ограниченную свариваемость.
Ряд сталей данной группы применяется и без цементации, после закалки и отпуска.
Хромоникелевая сталь (марки 40ХН, 45ХН, 50ХН, 30ХНЗА) высокой прочности, повышенной вязкости и глубокой прокаливаемости применяется после нормализации, улучшения, закалки и низкого отпуска и поверхностного упрочнения ТВЧ для изготовления крупных особо ответственных деталей, работающих при наличии ударных и вибрационных нагрузок. Сталь марки 30ХНЗА – ограниченно свариваемая, остальные – трудносвариваемые.
Если сталь кроме Cr содержит еще Ni, Mn, Mo, то ее структура из ферритной может измениться на ферритно-аустенитную или даже на чистую аустенитную. Т.е. после охлаждения на воздухе сталь сохраняет аустенитную структуру, которая не меняется ни при каких вариантах термообработки. При содержании Ni>10% сталь становиться аустенитной. Аустенит позволяет получить не только коррозионную стойкость, но так же и высокие технические свойства. Сталь хорошо поддается обработке давлением, сварке, сохраняет свойства до 600–700°С, не охрупчивается, не чувствительна к хладколомкости, но сталь склонна к межкристаллитной коррозии и ее невозможно упрочнять закалкой. Термообработка: закалка + отжиг.